보일러 수처리(용존산소 관리)

용존산소는 보일러 수에 소량만 존재하여도 국부 부식을 발생시켜 보일러 운전의 효율과 안전을 저해한다. 용존산소가 보일러 운전에 미치는 영향과 그 관리방법에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

보일러 수처리(용존산소 관리)

용존산소에 의한 부식 메캐니즘 및 부식 형태

용존산소란 수중에 녹아있는 산소를 말한다. 산소를 비롯한 대부분의 기체는 온도가 높아지거나 압력이 낮아지면 물에 대한 용해도가 낮아져 더 이상 수중에 녹아있지 못하고 기체로 활성화된다.

다음 그래프에서 1기압 (진공도 0), 25℃에서 산소 용해도는 8mg/ℓ이지만 100℃ 에서의 용해도는 0mg/ℓ가 됨을 알 수 있다. 즉, 보일러 급수에 8mg/ℓ의 용존산소 존재 시 온도가 100℃ 이상으로 가열되면 용존산소가 공격성을 띄는 활성산소로 존재하게 되는 것이다.

 

<그림 1> 온도와 압력에 따른 순수(純水)에 대한 산소의 용해도

 

 

다음 그래프에서 보듯이 기체로 활성화된 산소는 다른 기체들에 비해 부식성이 매우 강하여 소량의 존재만으로도 배관벽의 철과 반응하여 부식을 일으킨다. 

 

<그림 2> 용존가스 종류별 농도에 따른 탄소강 부식도

 

 

용존산소에 의한 부식은 활성화된 산소가 철에서 전자를 빼앗아 물과 결합하여 부식생성물인 산화철을 생성한다.

 

용존산소는 배관벽의 국소부위에서 철과 반응하기 때문에 국소부위가 깊게 패이는 곳에 점부식을 일으킨다. 이러한 점부식은 배관 또는 튜브 파열이 국소부위에 발생하므로 배관의 잔존 수명 예측이 어려워 운전 중 튜브 누수로 인한 긴급 조업 정지를 유발할 수 있다

 

 

용존산소 제거 방법

1. 물리적 방법

산소는 온도가 높을수록 압력이 낮을수록 용해도가 낮아지므로 이러한 원리를 이용하여 보일러 급수 처리 시 기체를 모두 날려 보내는 탈기기(Deaerator)를 설치하여 제거할 수 있다.

- 가열 탈기기: 탈기기 내로 들어오는 급수에 스팀을 통과시켜 급수의 온도를 용기 압력에 대응하는 기체 포화온도(비점)까지 상승시켜 용존가스를 배출하는 방법으로 탈기 효율이 좋아 처리수 중의 용존산소 농도를 10ppb 이하로 줄일 수 있다.

- 진공 탈기기: 급수 온도에 대응하는 물의 증기압에 가깝도록 감압용기를 이용하여 진공을 걸어주면 진공도가 급수 온도에 해당하는 증기압에 가까울수록 탈기 효율은 좋아지지만 가열 탈기기에 비해 처리 효율이 낮다.

- 급수탱크 온도: 조절 탈기기가 없는 보일러일 경우에는 가급적 급수 탱크의 온도를 높게 유지하여 급수 탱크 벤트 라인을 통하여 산소를 제거한다. 이 때 반드시 급수 탱크 하부에 탈산소제를 주입하여 산소가 보일러로 유입되는 것을 방지해야 한다. 효과적인 용존산소 제거를 위해서는 탱크 내 온도를 일정하게 유지하는 컨트롤 시스템이 요구된다.

 

 

2. 약품 처리

탈기기를 거친 10ppb 이하의 아주 작은 양의 용존산소가 존재하더라도 이것이 지속적으로 보일러 급수에 유입되면 예열기(Preheater)와 절탄기(Economizer) 튜브에 점부식을 촉진시키므로 약간의 잉여 약품 처리로 산소를 철저히 제거해야 한다. 약품은 탈기기 드럼 또는 급수 탱크 하부에 주입하며 산소를 완전히 제거하기 위해서는 용존산소와 반응량 보다 약 1~2ppm 정도 많이 주입한다.

탈산소제의 종류는 다음 표와 같이 다양하여 각각의 특성에 맞게 선택하여 사용한다.

<표 1> 탈산소제 약품 종류

아황산염 (Sodium Sulfite) Na2SO3	- 40 기압 이하 보일러에 주로 사용 - 반응속도가 빠르고 저렴함.
Haydrazine N2H4	- 유기 탈산소제 중 가장 많이 사용 - 발암성 의심 물질로 사용량 감소
DEHA (Diethlhydroxylamine) (C2H5)2NOH	- 탈산소제, 금속표면 부동태화 탈산소제, 금속 표면 부동태화, 분해 후 중화아민 기능 등 다기능 제품
Carbohydrazide (NH2NH)2CO	- 초고압 보일러에서 사용 가능 (200기압) - 150℃ 이상에서 분해되면 하이드라진을 발생하므로 연속적인 탈산소 기능 수행 가능
Hydroquinone C6H4(OH)2	- 반응속도가 빠름 - 금속 Passivation 기능

 

Reference : 한국스파이렉스사코(주), Steam People Vol. 112(Dec, 2016)